Voor het eerst zou het Amerikaanse onderzoekers gelukt zijn om middels kernfusie meer energie op te wekken dan ze erin hebben gestopt. Een enorme doorbraak. Maar daarmee zijn de energie- en klimaatcrises zeker nog niet beslecht.

Vanmiddag rond 16.00 uur (Nederlandse tijd) zal tijdens een persconferentie een enorme doorbraak op het gebied van kernfusie bekend worden gemaakt. De doorbraak is bewerkstelligt aan het Amerikaanse DOE National Laboratory en lijkt al grotendeels te zijn uitgelekt. Zo onthulde de Financial Times – op basis van bronnen met verregaande kennis van de experimenten – dat we vanmiddag te horen zullen krijgen dat de onderzoekers middels kernfusie meer energie hebben opgewekt dan ze erin hebben gestopt. En dat zou een primeur zijn.

Wat is er precies gebeurd?
Volgens de informatie die nu beschikbaar is, zouden de wetenschappers middels lasers 2,1 megajoules aan energie hebben verbruikt om vervolgens 2,5 – en mogelijk zelfs 3 – megajoules op te wekken. Daarmee is er dus middels kernfusie meer energie geproduceerd dan er nodig was om die kernfusie zelf te realiseren. En dat is nog niet eerder gelukt.

Kernsplijting versus kernfusie
Energie opwekken middels kernfusie. Misschien moet je dan direct denken aan de kerncentrales die in tal van landen al worden ingezet om energie op te wekken. Maar in die kerncentrales vindt geen kernfusie plaats, maar juist het tegenovergestelde: kernsplijting (een proces waarbij een zware, onstabiele atoomkern zich splijt in twee of meer lichtere kernen en waarbij grote hoeveelheden energie vrijkomen). Bij kernfusie worden atoomkernen juist samengesmolten. Dat klinkt overigens veel eenvoudiger dan het is, want het vereist een extreem hoge temperatuur en een extreem hoge druk om de atoomkernen zo ver te krijgen dat ze elkaar niet meer afstoten, maar juist samensmelten. Dergelijke omstandigheden zijn op aarde niet zo gemakkelijk na te bootsen, maar zijn elders in het universum wel van nature te vinden. Namelijk in het hart van sterren. Zo vindt in onze zon voortdurend kernfusie plaats – waarbij waterstofatomen gefuseerd worden tot heliumatomen – en zo ontstaan enorme hoeveelheden energie die in de vorm van licht en warmte onder meer cruciaal zijn voor het leven op aarde. Het zou natuurlijk mooi zijn als we dat proces op aarde zouden kunnen nabootsen en zo ook enorme hoeveelheden energie op kunnen wekken. Daar wordt door wetenschappers aan gewerkt en het is op dit gebied dat er nu een doorbraak is bereikt.

Mini-zon
Om de 2,5 megajoule energie op te wekken, creëerden de onderzoekers in feite een mini-zon op aarde. Het recept daarvoor is ‘gewoon’ op de site van het laboratorium te vinden. Men neme: een buisvormige capsule met een diameter van ongeveer 2 millimeter en vult deze met een mengsel van deuterium en tritium (twee waterstofatomen met een verschillend aantal neutronen in de atoomkern). Vervolgens worden krachtige lasers op het oppervlak van de capsule gericht en gedurende een miljardste van een seconde aangezet. Het resultaat: een mini-zon. Door de lasers wordt het mengsel van deuterium en tritium namelijk samengedrukt (zodat een dichtheid 100 keer groter wordt dan die van lood) en verhit tot meer dan 100 miljoen graden Celsius (dat is warmer dan het hart van de zon!). En onder die omstandigheden kan er vervolgens kernfusie plaatsvinden.

Eerdere berichtgeving
In januari maakten de onderzoekers al bekend dat het ze op deze manier gelukt was om 1,3 megajoules energie op te wekken. Maar daarvoor moesten de lasers eerst wel 1,7 megajoules energie verbruiken. Maar nu is het dus gelukt om meer energie uit het proces te halen dan er is in gestopt. En dat is dus groot nieuws. “(Het bewerkstelligen van, red.) kernfusie – de energie waar de zon op draait – is al decennialang een heilige graal binnen de natuurkunde,” stelt professor Ken Baldwin, als natuurkundige verbonden aan de Australian National University en niet betrokken bij het onderzoek. En dat is niet voor niets. “Kernfusie heeft de potentie om ons van een bijna oneindige, veilige, schone bron van koolstofvrije energie te voorzien,” stelt dr. Robbie Scott, werkzaam bij de Science and Technology Facilities Council’s (STFC) Central Laser Facility (CLF) Plasma Physics Group, die bijdroeg aan het onderzoek van DOE National Laboratory. “Dit is een doorbraak,” stelt ook professor Miftar Ganija, als expert op het gebied van ultrakorte en kortepulslasers verbonden aan de universiteit van Adelaide. “Het is bijna een droom om een dergelijk effect – dat ooit onmogelijk leek – te bewerkstelligen. Lasers gebruiken om middels kernfusie energie op te wekken zou net zo significant zijn als de eerste maanlanding.”

Niet de oplossing voor onze energie- en klimaatcrises
Is dit dan de oplossing voor de energie- en klimaatcrisis waar we momenteel midden in zitten? Op papier misschien, maar in de praktijk zeker niet. “Het is onwaarschijnlijk dat kernfusie – waarbij geen broeikasgassen en een minimale hoeveelheid kernafval wordt gegenereerd – ons gaat redden van klimaatverandering,” aldus Baldwin. “De energie die naar verluidt tijdens de experimenten is vrijgekomen, is slechts voldoende om een waterkoker aan de kook te brengen.” In andere woorden: het onderzoek staat absoluut nog in de kinderschoenen. “Al het zware werk dat ten behoeve van de energietransitie verzet moet worden, zal voor rekening komen van hernieuwbare energiebronnen en kernsplijting (in bestaande energiecentrales),” voorspelt Baldwin. Hij verwacht dat kernfusie op commerciële schaal pas later deze eeuw beschikbaar zal komen. “Ver na 2050.” En daarmee dus ook ver na de deadline voor actie die nodig is om de opwarming tot 2 graden Celsius te kunnen beperken. Toch blijft het een doorbraak, zo erkent ook Baldwin. Want zodra de technologie commercieel inzetbaar is, kan deze in de eeuwen erna onbeperkte hoeveelheden energie genereren.

Wat moet er de komende jaren dan nog gaan gebeuren om deze technologie commercieel aantrekkelijk te maken? Een hele hoop, zo stelt professor Justin Wark, directeur van het Oxford Centre for High Energy Density Science, eveneens niet betrokken bij het onderzoek. “Allereerst moeten we er nog meer uit weten te halen dan er in wordt gestopt.” In andere woorden: het proces moet nog veel efficiënter worden. “Daarnaast kan dit type resultaat in het laboratorium in feite elke dag wel een keertje worden neergezet. Maar een kernfusiecentrale zou dat tien keer per seconde moeten kunnen doen.” Het moet dus efficiënter én sneller. Maar ook Wark erkent dat het werk in de VS een doorbraak is. “Wat belangrijk is om te onthouden, is dat we de basale wetenschap die eraan ten grondslag ligt nu duidelijk goed begrijpen en dat kan verdere investeringen erin bespoedigen.” Maar het blijft een proces van de lange adem, zo stelt ook Tony Roulstone, expert op het gebied van kernenergie en werkzaam aan de universiteit van Cambridge. “Het is een wetenschappelijk succes, maar nog lang niet in staat om ons van overvloedige, schone energie te voorzien.”